Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 21, No 4, 621-629, 06 Vol 21, No 4, 621-629, 06 DEMİR CEVHERİ ve HURDA DEMİRDEN ÜRETİLEN BETON ÇELİK ÇUBUKLARIN YETERLİLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI Serkan SUBAŞI ve Mustafa ÇULLU* Yapı Eğitimi Bölümü, Teknik Eğitim Fakültesi, Gazi Üniversitesi, Ankara, subasi@gazi.edu.tr *Polatlı Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Hacettepe Üniversitesi, Polatlı, Ankara, mcullu@hacettepe.edu.tr (Geliş/Received: 06.07.05; Kabul/Accepted: 27..05) ÖZET Bu çalışmada, demir cevheri ve hurda demirden üretilen beton çelik çubukların çekme, akma mukavemetleri, kopma uzaması, kopma/akma mukavemeti değerleri bakımından yeterlilikleri araştırılmıştır. Bu amaçla Kardemir Karabük Demir Çelik fabrikasından,,, ve mm çaplarında nervürlü olarak demir cevherinden ve hurda demirden üretilen beton çelik çubukları temin edilmiştir. Deney numuneleri spektral analiz ve çekme mukavemeti deneyine tabi tutulmuştur. Sonuç olarak; cevherden üretilen beton çelik çubukların çekme mukavemeti değerlerinin hurda demirden üretilen beton çelik çubuklara göre %15 daha yüksek olduğu, kopma/akma mukavemeti değerleri bakımından hurda demirinden üretilen çelik çubukların afet bölgelerinde yapılacak olan yapılarda kullanılmasının uygun olmadığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Beton çelik çubuğu, hurda demir, çekme mukavemeti, akma mukavemeti. INVESTIGATION OF ADEQUACY OF STEEL BARS, PRODUCED FROM IRON ORE AND SCRAPED STELL, FOR CONCRETE ABSTRACT In this study; steel bar whose raw material is iron ore produced by an integrated iron-steel plant in our country and steel bar, whose raw material is scraped steel, produced in electrical arc furnace are compared with respect to tension and yield strength, elongation of rupture, rupture/yield strength an their adequacy were investigated. For this purpose; ribbed steel bars, having diameters of,,,, mm, supplied from Kardemir Karabük iron-steel plant some of them produced from iron ore and the others produced from scraped steel in electrical arc furnace. As a result, tensile strength of rebar produced from iron ore is 15% higher than tensile strength of rebar produced from scraped steel. Because of rupture/yield strength values It will not be suitable to use rebar, produced from scraped steel, in the structure built in disaster area. Keywords: Steel bar for concrete, scraped steel, tension strength, yield strength. 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Betonarme, beton ile çeliğin uyumlu birlikteliği ile oluşturulan kompozit bir malzemedir. Bu malzemeyle oluşturulan betonarme taşıyıcı sistemde, yük etkisi altındaki taşıyıcı elemanlarda oluşan basınç gerilmeleri beton tarafından karşılanırken, çekme gerilmeleri beton içerisine yerleştirilen çelik çubuklar tarafından karşılanır. Beton içerisindeki çelik, çekme gerilmelerini taşıdığı gibi, taşıyıcı sistemde sünekliği sağlar. Bu katkısı ile tasarım yükleri üzerindeki yükler karşısında, ya da deprem yükü gibi beklenmeyen ani yüklemelerde, yapının toptan göçmesini önler. Bu nitelikteki yüklemelerde, binaların göçmeden evvel büyük deformasyonlar gösterme kabiliyeti, çeliğin taşıyıcı sisteme kazandırdığı en önemli özelliktir [1]. Son yıllarda yurdumuzda meydana gelen depremler yapı malzemelerinin kalitesi konusunda hassasiyetler oluşturmuştur. Betonarme yapılardaki beton kalitesinin ne derece önemli olduğu yaşadığımız acı tecrübelerle gündeme gelmiştir. Ancak yapı dayanımında beton kadar büyük öneme sahip olan beton çeliklerinin malzeme kalitesi üzerinde yeterince durulma-
S. Subaşı ve M. Çullu Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması maktadır. Ancak yapıların maliyeti içinde önemli yer tutan beton çeliklerinin kalitesinin artırılması ile yapılarda kullanılması gereken miktarlar azaltılarak yapıların maliyeti düşürülebilmektedir[2]. Afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkında hazırlanan deprem yönetmeliğinde, betonarme taşıyıcı sistem elemanlarında kullanılacak olan donatı çeliğinin, kopma birim uzamasının %10 dan az olmaması gerektiği ve donatı çeliğinin deneysel olarak bulunan ortalama akma dayanımının, ilgili çelik standardında öngörülen karakteristik akma dayanımının 1,3 katından fazla olmaması gerektiği belirtilmektedir [3]. Aynı yönetmelikte ayrıca, deneysel olarak bulunan ortalama kopma dayanımının, yine deneysel olarak bulunan ortalama akma dayanımının 1,25 katından daha fazla olması gerektiği belirtilmektedir [3]. Demir ve Çelik sanayisinde üretilen yarı ve nihai ürünler, geçmişten günümüze her zaman diliminde, çeşitli endüstriyel sektörlerdeki yapıların temel hammaddelerini oluşturur. Gerek miktar, gerekse cins ve kalitelerinin gelişimi ile sanayinin gelişip büyümesinde en önemli unsurlardan birini teşkil ederek, insanlık tarihinde, uygarlıkların gelişmesinde en önemli malzeme olma özelliğini kazanıp korumuşlardır. Buna paralel olarak demir çelik üretim teknolojisi zaman içerisinde değişimini sürdürmüştür [1]. Günümüzde çelik üretimi cevherden ve hurda çelikten yapılmaktadır. den çelik üretimi yüksek fırından elde edilen sıvı ham demirin, Bazik Oksijen Konverterinde sıvı ham çelik haline getirilmesi ve akabinde ikincil metalürji yöntemleriyle istenilen çelik bileşimine getirilmesi kademelerini içerir [4]. dan çelik üretimi ise elektrik ark ocağı ve ikincil metalürji kademelerini kapsar. İkincil metalürji yöntemleriyle istenilen bileşimde elde edilen sıvı ham çelik sürekli dökümle tek aşamada kütük haline getirilir. Daha sonra nihai ürünleri elde etmek üzere, kütükler haddelenir [4]. Nihai ürün olarak üretilen bu beton çeliklerinin yapıdaki önemi göz önüne alındığında, bu çeliklerin üretiminde kullanılan hammaddenin önemi gündeme gelmektedir. Bu çalışmada, ülkemizde entegre demir çelik fabrikalarında hammaddesi demir cevheri olarak üretilen betonarme çeliğiyle, hammaddesi hurda demir olan ve elektrik ark ocaklarında üretilen beton çelik çubukların çekme, akma mukavemetleri, kopma uzaması ve kopma/akma mukavemeti değerleri bakımından yeterlilikleri araştırılmıştır. 2. LİTERATÜR TARAMASI (REVIEW OF LITERATURE) Betonun güçlendirilmesinde kullanılan çeliğin üretilmesi için, pek çok metot olmasına rağmen, esas olan, oksijen-çelik yapımı ile elektrik ark çelik yapımıdır. Her iki metot da, bileşimin saptandığı ve önemli elemanların miktarlarının ayarlandığı metotlar olup sıkı kontroller gerektiren tekniklerdir [1]. Üretim standartlarının pek çoğunda müsaade edilmemesine rağmen, Avrupa da dahil, dünyanın pek çok bölgesinde kullanılan yöntem, işlenmiş ürünlerin yeniden haddeleme tekniğidir. Bu haddelerin temel kaynakları, kullanım süresi dolmuş, demiryolu rayları ve akslarından ve gemi hurdalarından elde edilen metallerdir. Avrupa da, üretim standartlarında, genellikle yeniden haddelenen malzemelerin kullanımına izin verilmemektedir, fakat bu durum küçük imalatçıların bu tür çelik üretmesini engelleyememektedir [1]. Yüksek fırın prosesi, sıvı ham demir üretiminde etkin rol oynamakta ve dünyadaki toplam demir üretiminin %95 den fazlası bu yolla üretilmektedir. Yüksek fırının sıvı ham demir üretimindeki etkin rolü, dizaynındaki gelişmeler, uzun bir zaman periyodunda üretimin sürekli olması, doğal gaz, fuel-oil, kömür, koklaşmayan kömür enjeksiyonu ile kok tüketiminde meydana gelen büyük azalış, parça cevher, pelet, sinter gibi demir oksit şarj malzemelerinin kullanılabilmesi gibi özelliklerinden ileri gelmektedir. Ancak prosesin bir takım dezavantajları vardır. Bunlar özellikle metalürjik kömüre bağımlı oluşu, sadece büyük üretim kapasitelerinde (2 3 milyon ton) ekonomik üretimin yapılabilmesi, cevher hazırlama, sinter tesisi ve kok fırınları gibi yatırım maliyetleri yüksek olan yan tesislere ihtiyaç göstermesidir [5]. Elektrik ark ocaklarında üretilen sıvı ham çelik üretimi ülkemizin ihtiyacının %60 lık kısmını karşılamaktadır [6]. Ülkemizde 1995 01 yılları arasında entegre tesislerde ve elektrik ark ocaklarında sıvı ham çelik üretim miktarları Tablo 1 de verilmiştir [6]. TS 708 de beton çelik çubuklarının maden cevherinden üretilen veya hurdadan üretilen şeklinde bir ayrım yapılmadan çubuk sınır mukavemet değerleri verilmiştir. Tablo 2 de beton çelik çubukların mukavemet değerleri gösterilmiştir [7]. Çeliğin mekanik özellikleri kimyasal bileşimine bağlı olduğundan, alaşım elementleri ilavesi ile istenen Tablo 1. 1995-01 yılları arası sıvı ham çelik üretimi (%) [6] (Liquid crude steel production between 1995-01, (%)) Üretim Tesisi 1995 1996 1997 1998 1999 00 01 Entegre Tesisler 33,3 37,7 37,5 36,4 35,9 36,5 35,2 Elektrik Ark Ocakları 66,7 62,3 62,5 63,6 64,1 63,5 64,8 622 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06
Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması S. Subaşı ve M. Çullu Tablo 2. Beton çelik çubukların sınır mukavemet değerleri (Limit strength values of steel bars for concrete) Kopma Çelik Uzaması % Türü L 0 =10.d Akma Mukavemeti N/mm 2 mekanik özellikleri sağlanabilmektedir. Geleneksel yöntemlerle üretilen beton çeliklerinde mekanik özellikler kimyasal bileşimin modifiye edilmesi ile veya sıcak haddeleme sonrası soğuk deformasyon uygulanması ile sağlanmaktadır [2]. TS 708 de S2a, S4a ve S500a kalite beton çelik çubuklarının pota analizi Tablo 3 te verilmiştir [7]. Akma gerilmesinin arttırılması için ikinci bir yöntem sıcak haddeleme sonrası soğuk deformasyondur. Bu metod yüksek mukavemetli kaynaklanabilir beton çeliklerinin üretimini mümkün kılar. Ancak soğuk deformasyon, ilave bir işlem olduğundan özellikle küçük çaplarda maliyeti oldukça artırır [2]. Kaynak yapılacak beton çeliklerinin karbon eşdeğerinin %0,4 değerini geçmemesi gerektiği TS 500 Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları standardında belirtilmektedir [8]. demirden elde edilen beton çelik çubukların, betonarme eleman içerisinde aderansının zayıf olduğu ve kirişlerde kullanıldığında kesme gerilmelerine karşı düşük süneklik göstererek gevrek bir kırılma meydana geldiği bilinmektedir [9-11]. 3. MALZEME VE METOT (MATERIAL AND METHOD) 3.1. Malzeme (Material) Çekme Mukavemeti N/mm 2 S2a Min 2 Min 340 2d S4a Min 4 Min 500 5d S500a Min 500 Min 550 10d Tablo 3. Çelik çubukların kimyasal özellikleri [7] (Chemical properties of steel bars) % Kütlece (maks.) Sembol C P S N C * S2a 0,25 0,050 0,050 - - S4a 0,40 0,050 0,050 - - S500a 0,22 0,050 0,050 0,0 0,50 (1) Yeterli oranda azot bağlayıcı elementler bulunduğu taktirde, tabloda belirtilen %N değerlerinden daha yüksek değerler kabul edilebilir. * C Eşdeğeri =C+(Mn/6)+((Cr+Mo+V)/5)+((Ni+Cu)/15) Çalışmada kullanılan beton çelik çubukları, Kardemir Karabük Demir Çelik Fabrikası entegre tesislerinde demir cevherinden ve elektrik ark ocaklarında hurda demirinden üretilen nervürlü beton çelikleridir. Deneyler,,,, mm çaplarında ve S4a beton çeliği sınıfında olan beton çelik çubukları üzerinde gerçekleştirilmiştir. 3.2. Metot (Method) 3.2.1. Kimyasal kompozisyon (Spektral analiz) deneyi (Chemical composition (Spectral analysis) test) Spektral analiz numuneleri üzerinde çekme deneyi yapılan numunelerden 100 mm boyunda parçalar kesilerek elde edilmiştir. Kesilen numunelerin yüzeyleri tornalama ile düzgün hale getirilmiştir. Yüzeyleri düzeltilen numuneler spektral analiz cihazının potası içerisine yerleştirilerek üzerlerinden yüksek gerilimli akım geçirilmek suretiyle alaşım elementleri ve oranları tespit edilmiştir. Kimyasal analiz deneyi TS 22 Alaşımsız Yapı Çeliklerinden İmal Edilen Sıcak Hadde Mamulleri-Teknik Teslim Şartları standardında belirtilen esaslara uygun olarak gerçekleştirilmiştir []. 3.2.2. Çelik çubukların çekme mukavemeti deneyi (Tensile strength test of steel rods) Beton çelik çubukların akma dayanımı, çekme mukavemeti ve kopma uzamasının belirlenmesi amacıyla çelik çubuklar TS 138 EN 10002-1 Metalik Malzemeler Çekme Deneyi Ortam Sıcaklığında Deney Metodu standardında belirtilen esaslara uygun olarak eksenel çekme gerilmesine maruz bırakılmıştır [13]. Deney numunelerinin boyları (Lu), çekme aletinde numuneyi kavramak için bulunan iki çene boyuna (2x7 cm), çeneler arası mesafe (Lc=10d) eklenerek bütün çaplardaki numuneler için belirlenmiştir. Beton çelik çubukların akma mukavemetlerinin (R e ) hesaplanmasında; Pa R e = f o Çekme mukavemetinin (R m ) hesaplanmasında; Pk R m = f o Kopma uzamasının hesaplanmasında ise; ( Lu Lo) A t =.100, formülleri kullanılmıştır. Lo Formüllerde; R e = Akma mukavemeti (MPa) R m = Çekme mukavemeti (MPa) A t = Kopma uzaması (%) P a = Akma kuvveti (N) P k = Kopma kuvveti (N) f 0 = Numune boy ağırlığından hesaplanan ilk kesit alanı (mm²) Lu= Kopmadan sonra işaretlenen iki nokta arasındaki numune uzunluğu (mm) L 0 = Numunenin ilk ölçü uzunluğu (mm) ifade etmektedir. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06 623
S. Subaşı ve M. Çullu Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması Tablo 4. Spektral analiz sonuçları (Results of spectral analysis) Hammadde Türü C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Co Cu Nb V Fe 0,24 0,19 0,81 0,02 0,05 0,15 0,04 0,13 0,02 0,03 0,21 <0,002 <0,001 <98,06 0,25 0,19 1,07 0,03 0,04 0,03 0,03 0,08 0,02 0,04 0,07 <0,002 <0,001 <98,10 3.2.3. İstatistik metotlar (Statistics methods) Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen veriler üzerinde açıklayıcı istatistikleri hesaplanmış ve grupların ortalamaları arasında fark olup olmadığı varyans analizi tekniği ile belirlenmiştir. Bu çalışmada yapılan varyans analizi gruplar arasında fark vardır kararına varırken yanılmış olma olasılığı (anlamlılık düzeyi) en çok α = 0.01 olarak (1. tip hata) kabul edilmiştir []. Ayrıca gruplara ait verilerin ortalama değerlerinin görülebilmesi bakımında çubuk grafikleri çizilmiştir. Gerilme (MPa) 700 600 500 400 300 demirden üretilen den üretilen 4. BULGULAR VE TARTIŞMA (RESULT AND DISCUSSION) 0 4.1. Spektral Analiz (Spectral Analysis) 100 Çekme deneyine maruz bırakılan numunelerin spektral analizleri gerçekleştirilerek numunelerin içeriğinde bulunan elementlerin maksimum yüzdeleri bulunmuştur. Spektral analiz sonuçları Tablo 4 te gösterilmiştir. Gerçekleştirilen spektral analiz sonuçlarına göre hurda demirinden üretilen çelik çubuklarda Cr, Ni, Cu miktarlarının cevherden üretilen çelik çubuklara göre daha fazla, Mn miktarının ise az olduğu görülmüştür. Ayrıca hurda ve cevher demirlerinin karbon eşdeğerleri hesaplandığında; hurda demirin %0,44, cevherin ise %0,45 olduğu görülmüştür. Her iki hammaddeden üretilen beton çelik çubukların kaynaklanabilirlik açısından önemli bir parametre olan karbon eşdeğerlerinin TS 500 standardında belirtilen sınırlar dışında kaldığı görülmektedir. 4.2. Çekme Mukavemeti (Tensile Strength) Her iki hammadde grubundan üretilen,,, ve mm çaplarındaki beton çelik çubukları üzerinde gerçekleştirilen çekme mukavemeti deneyi sonucunda çekme mukavemeti, akma mukavemeti ve kopma uzaması değerleri hesaplanmıştır. mm çapındaki demirlere ait gerilme-deformasyon grafiği Şekil 1 de verilmiştir. Deney sonucunda elde edilen çekme mukavemeti verilerine ait açıklayıcı istatistikler Tablo 5 te, akma mukavemeti verilerine ait olan istatistikler Tablo 6 da Kopma uzamasına ait istatistikler ise Tablo 7 de verilmiştir. ve hurda demirinden elde edilen beton çelik çubuklarına ait çekme mukavemeti, akma mukavemeti ve kopma uzaması değerlerinin birbirinden olan farklılığını test etmek için her bir çelik çubuk çapında cevher ve hurda demirleri arasında varyans analizi gerçekleştirilmiştir (Tablo 8, 9, 10). 5 10 15 Deformasyon (mm) Şekil 1. ve hurda demirden üretilen demirlere ait gerilme-deformasyon grafiği (Stress- strain graphics of steel bars, produced from iron ore and scrap steel) Gerçekleştirilen varyans analizi sonuçlarına göre bütün çaplardaki beton çelik çubuklarında çekme mukavemeti değerlerinin cevher ve hurda demirinden üretilmesine bağlı olarak α=0,01 anlamlılık düzeyinde farklılık göstermektedir. Diğer bir ifadeyle çekme mukavemeti değerlerinin çelik çubuğun üretim hammaddesine bağlı olarak farklılık gösterdiği görülmüştür. Akma mukavemeti değerleri üzerinde gerçekleştirilen varyans analizi sonuçlarına göre, beton çelik çubuklarının üretim hammaddesine bağlı olarak akma mukavemeti değerlerinin α=0,01 anlamlılık düzeyinde birbirinden farklı olduğu görülmüştür. Kopma uzaması değerleri üzerinde gerçekleştirilen varyans analizi sonuçlarına göre, beton çelik çubuklarının üretim hammaddesine bağlı olarak kopma uzaması değerlerinin ve mm çapındaki çelik çubuklarda α=0,01 anlamlılık düzeyinde birbirinden farklı olduğu, diğer çubuk çaplarında ise anlamlı bir farklılığın olmadığı görülmüştür. Ayrıca çelik çubuk çaplarındaki farklılık değerlendirilmeye alınmadan çekme mukavemeti, akma mukavemeti ve kopma uzaması değerlerinin üretim hammaddesine göre farklılığını test etmek için varyans analizi gerçekleştirilmiştir. Açıklayıcı istatistikler Tablo 11 de varyans analizi sonuçları ise Tablo de verilmiştir. 624 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06
Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması S. Subaşı ve M. Çullu Tablo 5. Beton çeliklerinin çekme mukavemeti deney sonuçlarına ait açıklayıcı istatistikler (Explanatory statistics which belong to tensile strength test results of steel bars for concrete) Ort. Çekme Numunenin kaynağı Çubuk Çapı (mm) N Mukavemeti (MPa) Std.Hata Minumum Maksimum 3 730,3 715 754 3 723,6 2,33 719 726 3 719,3 3,28 713 724 3 680,3 3,53 675 687 3 731,3 7,88 722 747 Toplam 15 7,96 5,67 675 754 3 613,6 2,6 609 6 3 668,3 1,33 667 671 3 599,3 1,33 598 602 3 624,3 0,33 624 625 3 613,0 4,04 605 6 Toplam 15 623,73 6,39 598 671 Tablo 6. Beton çeliklerinin akma mukavemeti deney sonuçlarına ait açıklayıcı istatistikler (Explanatory statistics which belong to yield strength test results of steel bars for concrete) Numunenin kaynağı Çubuk Çapı (mm) N Ort. Akma Mukavemeti (MPa) Std.Hata Minumum Maksimum 3 478,0 4,36 471 486 3 460,6 2,60 456 465 3 454,0 1,15 452 456 3 436,0 2,31 432 440 3 446,6 7,75 437 462 Toplam 15 455,07 4,10 432 486 3 5,6 3,93 509 522 3 528,6 1,76 526 532 3 466,3 1,45 464 469 3 509,6 0,67 509 511 3 499,3 4,41 491 506 Toplam 15 504,13 5,76 464 532 Tablo 7. Beton çeliklerinin kopma uzaması deneyi sonuçlarına ait açıklayıcı istatistikler (Explanatory statistics which belong to rupture extension test results of steel bars for concrete) Numunenin kaynağı Çubuk Çapı (mm) N Ort. Kopma uzaması (mm) Std.Hata Minumum Maksimum 3 19,3 0,33 19 3 19,3 0,33 19 3 19,3 0,33 19 3,6 0,33 19 3,3 0,33 19 Toplam 15 19,00 0,17 3 17,6 0,33 17 3,0 0,58 17 19 3 17,3 0,33 17 3,0 0,58 17 19 3 17,6 0,67 17 19 Toplam 15 17,73 0, 17 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06 625
S. Subaşı ve M. Çullu Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması Tablo 8. Çekme mukavemeti değerleri varyans analizi sonuçları (Results of variance analysis of tensile strength values) Çubuk Çapı (mm) Varyansın Kaynağı Serbestlik Derecesi Toplamı Ortalaması F-testi Anlamlılık düzeyi (α) Gruplar Arası 1 4,667 4,667 90,6 0,001 Gruplar İçi 4 905,333 226,333 Toplam 5 21322,000 Gruplar Arası 1 4592,667 4592,667 423,938 0,000 Gruplar İçi 4 43,333 10,833 Toplam 5 4636,000 Gruplar Arası 1 4592,667 4592,667 423,938 0,000 Gruplar İçi 4 43,333 10,833 Toplam 5 4636,000 Gruplar Arası 1 4704,000 4704,000 249,770 0,000 Gruplar İçi 4 75,333,833 Toplam 5 4779,333 Gruplar Arası 1 21004,7 21004,7 178,506 0,000 Gruplar İçi 4 470,667 117,667 Toplam 5 274,833 Tablo 9. Akma mukavemeti değerleri varyans analizi sonuçları (Results of variance analysis of yield strength values) Çubuk Çapı (mm) Varyansın Kaynağı Serbestlik Derecesi Toplamı Ortalaması F-testi Anlamlılık düzeyi (α) Gruplar Arası 1 2242,667 2242,667 43,406 0,003 Gruplar İçi 4 6,667 51,667 Toplam 5 2449,333 Gruplar Arası 1 6936,000 6936,000 467,596 0,000 Gruplar İçi 4 59,333,833 Toplam 5 6995,333 Gruplar Arası 1 228,7 228,7 44,1 0,003 Gruplar İçi 4,667 5,7 Toplam 5 248,833 Gruplar Arası 1 80,7 80,7 939,250 0,000 Gruplar İçi 4 34,667 8,667 Toplam 5 8174,833 Gruplar Arası 1 40,667 40,667 34,866 0,004 Gruplar İçi 4 477,333 119,333 Toplam 5 4638,000 Tablo 10. Kopma uzaması değerleri varyans analizi sonuçları (Results of variance analysis of rupture extension values) Çubuk Çapı (mm) Varyansın Kaynağı Serbestlik Derecesi Toplamı Ortalaması F-testi Anlamlılık düzeyi (α) Gruplar Arası 1 4,7 4,7,500 0,024 Gruplar İçi 4 1,333 0,333 Toplam 5 5,500 Gruplar Arası 1 2,667 2,667 4,000 0,1 Gruplar İçi 4 2,667 0,667 Toplam 5 5,333 Gruplar Arası 1 6,000 6,000,000 0,013 Gruplar İçi 4 1,333 0,333 Toplam 5 7,333 Gruplar Arası 1 0,667 0,667 1,000 0,374 Gruplar İçi 4 2,667 0,667 Toplam 5 3,333 Gruplar Arası 1 0,667 0,667 0,800 0,422 Gruplar İçi 4 3,333 0,833 Toplam 5 4,000 626 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06
Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması S. Subaşı ve M. Çullu Tablo 11. Beton çelik çubuklara ait açıklayıcı istatistikler (Explanatory statistics belonging to steel bars for concrete) Deneyin Türü Üretim Hammaddesi N Art. Ortalama Std. Hata Minimum Maksimum 15 455,07 4,10 432 486 Akma Mukavemeti 15 504,13 5,76 464 532 Toplam 30 479,60 5,73 432 532 15 717,00 5,67 675 754 Çekme Mukavemeti 15 623,73 6,39 598 671 Toplam 30 670,37 9,62 598 754 15 19,00 0,17 Kopma Uzaması 15 17,73 0,21 17 19 Toplam 30,37 0, 17 Tablo. Beton çelik çubuklara ait varyans analizi sonuçları (Results of variance analysis belonging to steel bars for concrete) Anlamlılık Deneyin türü Varyansın Kaynağı Serbestlik Derecesi Toplamı Ortalaması F-testi düzeyi (α) Gruplar Arası 1 056,533 056,533 48,8 0,000 Akma Gruplar İçi 28 10500,667 375,024 mukavemeti Çekme mukavemeti Kopma uzaması Toplam 29 28557,0 Gruplar Arası 1 65240,033 65240,033 119,339 0,000 Gruplar İçi 28 15306,933 546,676 Toplam 29 80546,967 Gruplar Arası 1,033,033 22,562 0,000 Gruplar İçi 28,933 0,533 Toplam 29 26,967 Gerçekleştirilen varyans analizi sonuçlarına göre; beton çelik çubuklarının çekme mukavemeti, akma mukavemeti ve kopma uzaması değerlerinin üretim hammaddesine bağlı olarak α=0,01 anlamlılık düzeyinde farklı olduğu görülmüştür. Çekme deneyi sonuçlarına göre, cevherden elde edilen beton çelik çubukların çekme mukavemeti sonuçlarının ortalama 717 MPa ile hurda demirinden üretilen çeliklere ait çekme mukavemeti değerinden %15 daha büyük olduğu görülmektedir. Beton çelik çubuklara ait çekme mukavemeti değerleri Şekil 2 de görülmektedir. den elde edilen beton çelik çubukların akma mukavemeti sonuçlarının ortalama 455 MPa ile hurda demirinden üretilen çeliklere ait akma mukavemeti değerinden %10 daha küçük olduğu görülmektedir. Beton çelik çubuklara ait akma mukavemeti değerleri Şekil 3 te görülmektedir. den elde edilen beton çelik çubukların kopma uzaması değerlerinin ortalama %19 ile hurda demirinden üretilen çeliklere ait kopma uzaması değerinden %7 daha büyük olduğu görülmektedir. Beton çelik çubuklara ait kopma uzaması değerleri Şekil 4 te görülmektedir. Çekme mukavemeti (MPa) 800 700 600 500 400 300 0 100 0 6 730 724 719 668 599 624 Donatı çapı (mm) 680 613 731 Şekil 2. Beton çelik çubuklara ait ortalama çekme mukavemeti değerleri (Mean values of tensile strength belonging to steel bars for concrete) Akma mukavemeti (MPa) 600 500 400 300 0 100 0 478 517 529 461 466 Donatı çapı (mm) 454 436 447 510 499 Şekil 3. Beton çelik çubuklara ait ortalama akma mukavemeti değerleri (Mean values of yield strength belonging to steel bars for concrete) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06 627
S. Subaşı ve M. Çullu Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması Kopma uzaması (%) 19,5 19,5 17,5 17,5 17,7 19,3,0 19,3 19,3 17,3 Çelik çubukların deprem yönetmeliğinde bulunan ve afet bölgelerinde yapılacak olan yapılar için getirilmiş olan kopma mukavemeti/akma mukavemeti oranının 1,25 ten az olmaması şartına uygunluğunu kontrol etmek amacıyla kopma/akma mukavemeti değerleri hesaplanmıştır. Kopma/akma mukavemeti değerlerine ait açıklayıcı istatistikler Tablo 13 te verilmiştir. ve hurda demirden üretilen çelik çubuklara ait kopma/akma mukavemeti değerleri üzerinde gerçekleştirilen varyans analizi sonucuna göre grup ortalamaları arasında α=0,01 anlamlılık düzeyinde farklılık olduğu görülmüştür (Tablo ). Ayrıca kopma/akma mukavemeti ortalama değerlerine ait grafik Şekil 5 te görülmektedir. Kopma/akma mukavemeti değerlerinin hurda demirden üretilen çelik çubuklarında deprem yönetmeliğinde belirtilen 1,25 sınırının altında kaldığı ve afet bölgelerinde yapılacak olan yapılarda kullanılmasının uygun olmadığı, cevherden üretilen çelik çubukların kopma/akma mukavemeti değerlerinin ise deprem yönetmeliğinde belirtilen sınırların üzerinde kaldığı görülmüştür. Donatı çapı (mm),0,7 17,7,3 Şekil 4. Beton çelik çubuklara ait ortalama kopma uzaması değerleri (Mean values of rupture extension belonging to steel bars for concrete) Tablo 13. Beton çelik çubuklara ait açıklayıcı istatistikler (Explanatory statistics belonging to steel bars for concrete) Üretim hammaddesi N Art. Ortalama Std. Hata Min. Maks. 15 1,576 0,010 1,51 1,65 15 1,238 0,009 1, 1,29 Toplam 30 1,407 0,032 1, 1,65 Tablo. Kopma/akma mukavemeti değerleri varyans analizi sonuçları (Results of variance analysis of rupture/yield strength values) Varyansın Kaynağı Serbestlik Derecesi Toplamı Ortalaması F-testi Anlamlılık düzeyi (α) Gruplar Arası 1 0,8580 0,8580 622,909 0,000 Gruplar İçi 28 0,0385 0,001378 Toplam 29 0,8970 Çekme/Akma mukavemeti 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1,23 Hammadde türü 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 1,57 Şekil 5. Ortalama kopma/akma mukavemeti değerleri (Average values of rupture/yield strength) ve hurda demirinden olmak üzere,,, ve mm çaplarında üretilen beton çelik çubukları üzerinde gerçekleştirilen spektral analiz, çekme mukavemeti, akma mukavemeti ve kopma uzaması deneyleri sonuçlarına göre; Spektral analiz sonucunda, hurda demirinden üretilen çelik çubuklarda Cr, Ni, Cu miktarlarının cevherden üretilen çelik çubuklara göre sırasıyla %80, %38 ve %66 daha fazla, Mn miktarının ise % 24 daha az olduğu, Karbon eşdeğeri bakımından hurda demirin %0,44, cevherin ise %0,45 ile TS 500 standardında belirtilen sınırlar dışında olduğu, Elektrik ark ocaklarında hurda demirden üretilen beton çelik çubuklarının çekme mukavemeti değerlerinin, cevherden üretilen beton çelik çubuklarının çekme mukavemeti değerlerinden %15 daha küçük olduğu, demirden üretilen beton çelik çubuklarının akma mukavemeti değerlerinin ise cevherden üretilen çelik çubukları akma mukavemetine göre %10 daha fazla olduğu, demirden üretilen beton çelik çubuklarının kopma uzaması değerlerinin ise cevherden üretilen çelik çubukların kopma uzamalarına göre %7 daha az olduğu, Kopma/akma mukavemeti değerlerinin hurda demirden üretilen çelik çubuklarında 1,23, cevherden üretilen çelik çubuklarda ise 1,57 değerine sahip olduğu, Kopma/akma mukavemeti değerleri bakımından hurda demirinden üretilen çelik çubukların Afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkında yönetmelik te belirtilen sınır değerin altında kaldığından dolayı, afet bölgelerinde yapılacak olan yapılarda kullanılmasının uygun olmadığı görülmüştür. 628 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06
Demir i ve Demirden Üretilen Beton Çelik Çubukların Yeterliliklerinin Araştırılması S. Subaşı ve M. Çullu Sonuç olarak; cevherden üretilen beton çelik çubukların çekme mukavemeti, hurda demirden üretilen beton çelik çubukların çekme mukavemetinden fazla olduğu görülmüştür. Cr, Ni ve Cu gibi elementlerin mukavemet değerlerini artırırken sünekliği azaltmaktadır. Bundan dolayı bu elementlerin belirli sınırları aşmaması istenmektedir. Deney sonuçlarında da hurda demirden üretilen beton çelik çubukların cevherden üretilenlere göre daha az sünek davrandığı görülmüştür. demirden üretilen beton çeliklerinin çekme mukavemeti değerleri TS 708 Beton Çelik Çubukları standardında belirtilen sınırlar içerisinde kalmasına rağmen süneklik değerlerinin düşük olduğundan dolayı deprem yönetmeliğine göre, afet bölgelerinde yapılacak olan yapılarda kullanılması uygun değildir. Ayrıca betonarme elemanın dayanıklılığı üzerinde önemli bir etkiye sahip olan ve servis ömrünü etkileyen korozyon potansiyelinin, hurda demirinden üretilen beton çelik çubuklar üzerinde araştırılmasında fayda bulunmaktadır. KAYNAKLAR 1. Badem, M.T., Beton Çeliklerin Mekanik Özellikleri ve Denizli de Kullanılan Beton Çelikleri, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli, 01. 2. Ocaksönmez, S.S., Beton Çeliklerin Oksidasyonu ve Oksit Tabakasının Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Haziran, 1996. 3. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı Deprem Yönetmeliği, 1998. 4. Schulz, E., Ameling, D., Gerstenberg, B., Hüffken,E., Peters, K.H., Simon, R.W, State of the Flit and Development Potential of the Currently Applied Metallurgical Production Processes, Metallurgical Plant on Technology, Cilt 5, 32-49, 1990. 5. Aydın,S., Sıvı Ham Demir Üretiminde Yeni Prosesler, İTÜ, Metalurji Dergisi, Sayı 74, Haziran, 1991. 6. Türkiye Demir Çelik Üreticileri Derneği Raporları, http://www.dcud.org.tr/, 05. 7. TS 708, Beton Çelik Çubukları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1996. 8. TS 500, Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 00. 9. Kankam, C.K., Asamoah, M., Strength and Ductitily Characteristics of Reinforcing Steel Bars Milled from Scrap Metals, Materials and Design, Cilt 23, 537-545, 02. 10. Kankam, C.K., Bond Strength of Reinforcing Steel Bars Milled from Scrap Metals, Materials and Design, Cilt 25, 231-238, 04. 11. Kankam, C.K., Asamoah, M., Shear Strength of Concrete Beams Reinforced with Steel Bars Milled from Scrap Metals, Materials and Design, Article in press, 05.. TS 22 EN 10025, Alaşımsız Yapı Çeliklerinden İmal Edilen Sıcak Hadde Mamülleri-Teknik Teslim Şartları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1996. 13. TS 138 EN 10002-1 Metalik Malzemeler Çekme Deneyi Ortam Sıcaklığında Deney Metodu, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 04.. Neter, J. ve ark., Applied Statistics, 3.th edition, Allyn and Bacon Inc., London, 1988. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21 No 4, 06 629